Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Druckprozesse für organische Photovoltaik auf textilen Substraten - DotS

 

Die junge Technologie der organischen Photovoltaik (OPV) bietet im Hinblick auf Produktdesign, Kosten und Einsatzmöglichkeiten, im Vergleich zur siliziumbasierten Photovoltaik Vorteile. Die zurzeit eingesetzten OPV-Anwendungen beschränken sich auf Dünnglas und Folie, doch birgt gerade die Anwendung auf Textilien ein großes Potenzial: in Deutschland stehen mehrere Millionen Quadratmeter Textilien im Außenbereich für eine mobile oder stationäre Nutzung von OPV zur Verfügung.

Die bisherigen Untersuchungen basieren auf der Verwendung von glatten Oberflächen (Papier,Folie). Erste Ansätze im Bereich textiler Oberflächen sind bislang auf Faserbeschichtungen und folienbasierter OPV auf textilem Trägermaterial beschränkt. Beide Ansätze zeichnen sich durch Beschränkungen im Herstellungsprozess oder eingeschränkte Einsatzmöglichkeiten aus. Für den Einsatz mit flexiblen OPV auf Textilien gibt es noch keine Lösungen. Grund hierfür sind Wissenslücken in den Bereichen „direkte Aufbringung von OPV-Schichten“, „Substrateinfluss“ und „Anwendbarkeit typischer Textildruckverfahren“ als auch ein grundlegendes Verständnis der entsprechenden Wechselbeziehungen. Mit dem Forschungsvorhaben sollen die Einflussgrößen der textilen Oberflächen, typischen OPV-Werkstoffen und möglichen Druckparameter ermittelt sowie die Wechselbeziehungen dargestellt werden. Den Anwendern wird ein Grundlagenkatalog für die Anwendung der OPV-Technologie auf Textilien zur Verfügung gestellt. Die Ergebnisse dieses Projekts soll KMUs sowohl in der Textil- als auch Druckbranche dazu befähigen, eigenständige Weiterentwicklungen auf Basis des Grundlagenkatalogs für eine eigene Prozessabbildung bzw. Übertragung auf textile Produkte durchzuführen. Darüber hinaus wird ebenso eine stärkere Vernetzung zwischen der klassischen Druckindustrie und Textilindustrie durch die gemeinsamen Konzeptumsetzungsmöglichkeiten und netzwerkübergreifende Bereitstellung von Information gezielt gefördert.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen dieses Projektes wurden 12 Textilen, 6 Vordruckfarben, 2 Folien, 7 Silberdruckfarben, 3 PEDOT:PSS-Druckfarben, 1 aktive Druckfarbe und 2 Zinkoxiddruckfarben hinsichtlich ihrer Eignung zur drucktechnischen Herstellung von organischen Solarzellen auf Geweben getestet. Auf 6 Geweben wurden 2 Vordruckfarben, 1 Folie, 3 Silberdruckfarben und jeweils 1 PEDOT:PSS-, aktive und Zinkoxid-Druckfarbe qualifiziert. Als Druckprozess kam nur der Siebdruck mit vergleichsweise grobem 32-100-Gewebe in Frage, da die Textiloberflächen durch ihre Topographie nach großen Auftragsschichten verlangten. Es konnten Solarzellen gedruckt werden, die auf den glatteren Textilen auch nennenswerten Aktivitäten aufweisen konnten. Trotz Dunkellagerung und Aufbewahrung unter Argon ließen die Aktivitäten der gedruckten Solarzellen jedoch im Laufe von 4 Wochen deutlich nach. Schichtaufbau-Analysen mit Hilfe der Rasterelektronenmikroskopie zeigten Erfolge bei der Textiloberflächennivellierung mit Vordruckfarben. Die Schichtausbildung zumindest von der Zinkoxid-Schicht (Elektronenleitungsschicht) ist jedoch bei den Mustern mit schwacher Aktivität ungenügend. Es treten deutliche Fehlstellen in dieser Schicht auf. Bei den Präparationen für die Mikroskopie kam es häufig zu internen Delaminierungen, die auf eine eingeschränkte mechanische Stabilität der gedruckten Zellen hinweist.

Eine Übertragung dieser Erkenntnisse in eine Produktionsumgebung unter Anwendung der hier getesteten Prozesse und Materialien erscheint zunächst nicht aussichtsreich.